JPH0983840A

JPH0983840A - 固体撮像素子の信号読み出し処理方式

Info

Publication number: JPH0983840A
Application number: JP7259272A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kobayashi; 林進小
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-12
Also published as: JP3753389B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高輝度被写体があっても高精度にＦＰＮを抑圧
出来るようにした動画撮像にも対応可能な固体撮像素子
の信号読み出し処理方式を提供する。【構成】マトリクス状に配列された単位固体撮像素子１
への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向
及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として
読み出し処理する際、前記垂直方向の特定行を予め定め
た垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブラン
キング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の
各画素の暗時信号を読み出して得られる全有効行の各画
素の暗時信号をメモリ８に記憶し、前記予め定めた垂直
走査期間毎に、メモリ８に記憶された全有効行の各画素
の暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時信
号に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定の
レベルを越えていると判定された特定画素については行
わず、メモリ８から読み出した各行の画素の暗時信号
を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の信
号読み出し処理方式に関し、特に温度変化等による暗時
固定パターンノイズの変化に追従し、常に暗時固定パタ
ーンノイズを安定に抑圧できるようにした動画撮像も可
能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光電変換機能と蓄積電荷の増幅、
読み出し及びリセット機能をもつ、例えばＳＩＴ（Stat
ic Induction Transistor)、ＡＭＩ（Amplified MOS Im
ager)、ＣＭＤ（Charge Modulation Device) で代表さ
れる内部増幅型光電変換素子を単位画素として用いた固
体撮像素子により画像を再生する装置が知られている。
かかる画像再生装置においては、固体撮像素子固有の
固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮと略称する）をキャ
ンセルするために、各画素毎のＦＰＮを記憶するフレー
ムメモリ等の記憶手段に記憶しておき、固体撮像素子の
各画素対応の画像情報から、各画素対応のＦＰＮを減算
している。

【０００３】図７には、かかる内部増幅型光電変換素子
による画像再生装置において用いられている、例えば特
開昭６４−３９１７１号等に開示されている従来のＦＰ
Ｎ抑圧手段のブロック構成図が示されている。

【０００４】図７において、固体画像素子３１から出力
される画像信号は、増幅器３２で増幅され、Ａ／Ｄ変換
器３３によりデジタル信号に変換される。入射光を遮断
した状態で固体画像素子３１から出力される暗時信号
（ＦＰＮ信号）を、切換スイッチ３４をｂ側に接続する
ことによりフレームメモリ等から成るＦＰＮメモリ３５
に記憶する。暗時ＦＰＮ記憶作動の終了後、切換スイッ
チ３４をａ側に切り換え接続して遮断を解除する。これ
により、固体撮像素子３１から出力される光生成電荷に
よる明時信号は、Ａ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換され、
減算器３６において、ＦＰＮメモリ３５内に記憶された
ＦＰＮ信号と繰り返し減算処理され、ＦＰＮが抑圧され
た画像信号が得られる。この画像信号は、Ｄ／Ａ変換器
３７でＤ／Ａ変換されてビデオ信号として出力される。
尚、ＦＰＮメモリ３５には、通常、１フレームまたは数
フレームの平均化された暗時信号が記憶される。

【０００５】ここで、暗時ＦＰＮ記憶時に、固体撮像素
子を遮光する代わりに、蓄積した光生成電荷をリセット
した直後、あるいはリセットしながら固体撮像素子から
信号を読み出して得られる暗時信号を暗時ＦＰＮ信号と
することもできる。

【０００６】ところで、図７に示した従来のＦＰＮ抑圧
手段は、暗時のＦＰＮ信号を予めＦＰＮメモリ３５に記
憶させておいて、光生成電荷に応じた画像信号から前記
暗時ＦＰＮ信号を減算してビデオ信号を出力させるもの
であるため、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化した場
合、この変化に追従できず、常に安定したＦＰＮ抑圧効
果を得ることができないという問題点がある。

【０００７】また上記温度変化対策のため、撮像途中で
固体撮像素子を間欠的に遮光して暗時ＦＰＮ信号を取り
込む方法が知られている。この方法により、連続撮像作
動中に、例えば１フレーム分の暗時信号をＦＰＮメモリ
に記憶するためには、固体撮像素子からは図８の（Ａ）
に示すような出力が必要となり、時刻ｔｄにおいて、固
体撮像素子からは、光生成電荷の蓄積されていない暗時
信号が出力されることになる。この固体撮像素子の出力
をそのまま映像出力とすると、図８の（Ｂ）に示すよう
に、時刻ｔｄにおいて、映像出力が得られず、モニタに
は時刻ｔｄのタイミングで、何も映らない画面のとぎれ
た状態となる。この画面のとぎれを、図８の（Ｃ）に示
すように、直前の撮像画面を繰り返し出力して補間して
も、動画に対しては動きが不自然になり、大きな問題と
なる。

【０００８】上記問題点を解決するため、本願出願人
は、内部増幅型光電変換素子を単位画素とし該単位画素
をマトリクス状に配列してなるＸＹアドレス型の固体撮
像素子の信号読み出し処理方式において、一水平走査期
間のある特定の行の各画素の光生成電荷による明時信号
を読み出した後、前記特定行の各画素の光生成電荷をリ
セットした直後またはリセットしながら光生成電荷のな
い状態の暗時信号を読み出して前記特定行の各画素の暗
時信号を外部メモリに記憶する第１のステップと、前記
特定行を一垂直走査期間毎または複数垂直走査期間毎に
変化させながら、前記特定行の各画素の暗時信号を外部
メモリに記憶する第１のステップを各特定行に対して順
次実行し、複数垂直走査期間で全有効行の各画素の暗時
信号を外部メモリへ記憶させる第２のステップと、全有
効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶させる前記
複数垂直走査期間毎に、外部メモリへ記憶された全有効
行の各画素の暗時信号をリフレッシュさせるか、または
前回の記憶ステップで記憶された暗時信号と新たに読み
出された暗時信号を所定の比で加算して記憶させる第３
のステップと、前記外部メモリに記憶した各行の画素の
暗時信号を読み出し、タイミングを合わせて対応する各
行の画素の明時信号から減算処理する第４のステップを
備える固体撮像素子の信号読み出し処理方式を提案した
（特開平７−１５６６６号参照）。

【０００９】このように構成した信号読み出し処理方式
においては、外部メモリに記憶された暗時信号は、複数
垂直走査期間毎の短時間毎にリフレッシュまたは平均化
されるので、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化した場
合でも、その変化に十分に追従し常に安定な暗時ＦＰＮ
抑圧効果が得られる。また、撮像途中において暗時信号
を読み出す期間は、一垂直走査期間中僅か１〜数ライン
期間であり、撮像の連続性が損なわれることはなく、動
画に対しても何ら問題を生ぜず、十分に対応させること
ができる。

【００１０】次に、上記従来例を図９を参照しながら説
明する。図９において、固体撮像素子１は、内部増幅型
光電変換素子を画素として用い、該画素をマトリクス状
に配置した受光部１０１を備える。本例では内部増幅型
光電変換素子としてＣＭＤが用いられている。受光部１
０１は、説明を簡単にするため、３行×Ｌ列の構成とし
ている。垂直走査回路１０２は、読み出し行を選択する
走査信号を送出する。水平走査回路１０３は、読み出し
状態にある行のＬ個のＣＭＤ画素を順次出力信号を増幅
し、増幅器２で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３
でＡ／Ｄ変換されて、１Ｈデレイライン４と、切換スイ
ッチ５の入力端子ｂと、ＦＰＮメモリ８へそれぞれ供給
される。切換スイッチ５は、制御信号入力端子から入力
される制御信号Ｇにより、入力端子ａに供給される１Ｈ
デレイライン４の出力信号、入力端子ｂに供給されるＡ
／Ｄ変換器３の出力信号、入力端子ｃに供給されるＧＮ
Ｄすなわちデジタル００………０信号のいずれかを選択
出力する。減算器６は、切換スイッチ５で選択された信
号から、ＦＰＮメモリ８の出力を減算する。減算器６の
出力信号は、Ｄ／Ａ変換器７でＤ／Ａ変換され、ビデオ
信号が出力される。

【００１１】このように構成されている信号読み出し処
理装置の動作を図１０及び図１１の各部の信号波形を示
すタイミングチャートを参照しながら説明する。

【００１２】固体撮像素子１において、垂直走査回路１
０２を駆動して読み出す選択行のＣＭＤ画素を読み出し
状態にして、水平走査回路１０３により読み出し状態に
ある行のＣＭＤ画素の信号を順番に読み出す。垂直走査
回路１０２により選択した行のＣＭＤ画素の読み出し状
態は、選択した行のＣＭＤ画素の共通ゲートライン電位
を読み出し電位ＶRDにすることにより可能になる。この
とき、非選択行の共通ゲートライン電位は蓄積電位ＶST
にしている。また、１行分の各画素の蓄積した光生成電
荷による信号を読み出した後、蓄電電荷をリセットする
ために、水平ブランキング期間に共通ゲートライン電位
をリセット電位ＶRST にする。尚、画素としてＣＭＤを
用いた場合は、ブルーミング制御のため、水平ブランキ
ング期間で、ゲート電位を蓄積電位ＶSTより高いオーバ
ーフロー電位ＶOFとして、過剰蓄積電荷の掃き出しを行
うハーバーフロー動作も行っている。

【００１３】図１０においては、固体撮像素子１の１〜
３行の共通ゲートライン電位波形を、それぞれＡ、Ｂ、
Ｃで示している。このゲートライン電位波形Ａ、Ｂ、Ｃ
からわかるように、本例においては、第１フレームで
は、１行目の光生成電荷を蓄積した状態の明時信号をｔ
＝０〜１の期間に読み出して、ｔ＝１の時点で、蓄積電
荷をリセットした後、再びｔ＝１〜２の期間で１行目の
画素の信号を読み出すようにゲートライン電位を制御し
ている。これは、ｔ＝１〜２の期間では光生成電荷の蓄
積していない状態の暗時信号を読み出していることに相
当する。

【００１４】内部増幅型光電変換素子は、蓄積電荷を増
幅するトランジスタの特性ばらつきによるＦＰＮを発生
するが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした
場合の暗時ＦＰＮ（以下、この意味で用いる）を読み出
していることになる。暗電流は、最近非常に小さく抑え
られており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視
できるようになっているため、暗時ＦＰＮはほぼトラン
ジスタの特性のばらつきにより発生しているものを意味
する。暗時ＦＰＮは光量に無関係に一定レベル存在し、
最初に読み出した光生成電荷に応じた明時信号にオフセ
ット的に重量されている。

【００１５】次いで、同様にして第２フレームでは２行
目の暗時信号を、第３フレームでは３行目の暗時信号を
読み出し、第４フレームでは再び１行目の暗時信号を読
み出すようにしている。尚、通常は各フレーム間には垂
直ブランキング期間が存在するが、図１０においては、
各フレームのうち５ラインが垂直ブランキング期間に相
当する。垂直走査回路１０２から出力されるこのような
ゲートライン電位を印加することにより読み出された、
明るさが一様な被写体を撮像した場合の信号波形Ｅ及び
次に述べる信号波形Ｆ〜Ｌは、デジタル信号であるが、
わかり易いようにアナログ信号として波形を示してい
る。

【００１６】上記出力信号波形Ｄ、Ｅからわかるよう
に、第１フレームでは、１行目明時信号１Ｓに次いで、
１行目暗時信号１Ｆが読み出され、１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、
３Ｓの順番で固体撮像素子１から信号が読み出される。
尚、１〜３行目の明時信号は１Ｓ、２Ｓ、３Ｓで表し、
暗時信号は１Ｆ、２Ｆ、３Ｆで表すことにする。同様に
第２フレームでは、１Ｓ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓの順番、第
３フレームでは１Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、３Ｆの順番となり、
第４フレームでは再び第１フレームと同一の信号読み出
し順番に戻る。

【００１７】これらの出力信号Ｅを１Ｈデレイライン４
で１ライン遅延した出力信号を図１０のＦで示し、各行
の明時信号及び暗時信号にはダッシュを付して示してい
る。

【００１８】切換スイッチ５は、制御信号Ｇの制御圧力
Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃによって、それぞれ入力端子ａ、ｂ、
ｃへの出力信号を選択して出力し、図１１において、Ｇ
で示す制御信号波形を与えることにより、切換スイッチ
５の出力端子からは、信号波形Ｈで示すように、暗時信
号の抜けた連続明時信号が得られる。

【００１９】一方、ＦＰＮメモリ８は、メモリライト制
御信号入力端子に印加する制御信号ＪがＨレベルの時書
き込み動作を行なうが、固体撮像素子１から暗時信号が
出力される期間のみ制御信号Ｈレベルが印加され、暗時
信号を書き込み記憶するようになっている。すなわち、
第１フレームでは１行目の暗時信号１Ｆを、第２、第３
の各フレームでは、それぞれ２、３行目の暗時信号２
Ｆ、３Ｆを書き込むことになり、したがって第１、第
２、第３フレームの期間で全有効行の暗時信号の書き込
み記憶動作が完了する。そしてＦＰＮメモリ８からは、
切換スイッチ５の出力信号Ｈに、タイミングを一致させ
て、暗時信号が連続して読み出されるようになってお
り、このＦＰＮメモリ８から読み出され暗時信号を図１
１のＭに示す。減算器６では、切換スイッチ５の出力信
号ＨからＦＰＮメモリ９からの暗時信号Ｍを減算し、こ
れにより、暗時ＦＰＮが制御されたビデオ信号Ｎが得ら
れる。

【００２０】図９に示した従来例では、３フレーム毎に
ＦＰＮメモリ８に記憶した暗時ＦＰＮがリフレッシュさ
れるが、ＮＴＳＣ方式に対応した行数をもつ通常の固体
撮像素子について考えると、暗時ＦＰＮは１フィールド
に１行ずつ書き込まれ、５２５フィールドで全行の暗時
信号の記憶が完了するから、暗時信号リフレッシュ周期
は５２５フィールドとなり、１／６０（秒）×５２５≒
９秒である。このリフレッシュ周期は周囲温度変化の時
間に比べて十分小さい時間であり、周囲温度変化に対し
ての暗時ＦＰＮの変化に完全に追従できる。また、９秒
毎に完全にＦＰＮメモリに記憶されている信号をリフレ
ッシュせずに、一般的なノイズリデュースの方法を用い
て、記憶している信号と新たに読み出した信号を適当な
比で加算し、ランダムノイズを抑制して再記憶する方法
により高精度なＦＰＮ減算が可能である。

【００２１】尚、全行の暗時ＦＰＮを取り込むまでに９
秒かかるので、電源投入後、暗時ＦＰＮの抑圧された画
像信号が出力されるまで９秒かかることになる。この時
間は、通常は装置の立ち上げ時間として許容できる範囲
であるが、例えば電源投入時にはオーバーフロー電位Ｖ
OFをリセット電位ＶRST に等しくして、水平ブランキン
グ毎にリセット動作を行い、全行の暗時信号が出力する
状態にして、連続して暗時信号をＦＰＮメモリに書き込
むことによって、最低１フレーム期間（１／３０秒）
で、全行の暗時ＦＰＮをＦＰＮメモリに記憶する方法を
用いることにより、立ち上げ時間の短縮化を図ることが
可能である。

【００２２】従来例においては、１フレーム期間に１行
の暗時信号を読み出すために、明時信号の読み出しの連
続性が、１行読み出し期間とぎれることになる。しか
し、走査線５２５ラインのＮＴＳＣ方式に対応した一般
の固体撮像素子においては、１行の読み出し期間は約６
４μsec であり、この期間に行間の読み出しの連続性が
損なわれても、視覚的には検知されず問題とならない。
すなわち動画撮像上も問題とならない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上により動画撮像も
可能なＦＰＮキャンセルが可能となるが、従来例では水
平ブランキング期間に光生成電荷をリセットした直後に
読み出した信号を暗時信号としている（ＣＭＤ、ＳＩ
Ｔ、ＡＭＩに適用した場合、実際の動作はこのようにな
る）ため以下の問題点が生じる。

【００２４】すなわち、暗時信号読み出し期間でも、次
にリセット動作が行われるまで光生成電荷の蓄積動作は
行っているため暗時信号は遮光状態で読み出した場合と
異なり、僅かではあるが光生成電荷を含んでしまう。上
述の従来例では簡単化のため３行の画素数としている
が、一般的な画素数で考えると、ＮＴＳＣ方式に対応し
た画素数は５２５行となり、明時信号を読み出す行の画
素は５２５行走査する時間分蓄積動作を行う。これに対
してリセット直後の暗時信号を読み出す行の画素は次の
水平ブランキング期間にリセットがおこなわれるまでの
一水平走査期間は蓄積動作を行っている。明時信号に比
べて蓄積時間は１／５２５であり、通常の被写体では無
視できるものの、被写体が高輝度の場合には無視できな
いレベルになってＦＰＮの誤差成分となってＦＰＮメモ
リに記憶され、高輝度被写体が無くなっても次にリフレ
ッシュされるまで記憶データは残るから、明時信号から
この誤差成分を減算してしまい偽信号が発生する原因と
なっている。

【００２５】この問題点を図１０および図１１を用いて
説明する。第２フレーム期間に高輝度被写体が画面に入
り画面上の位置は２ラインのｔｈ期間とする。イメージ
ャ出力Ｄ、Ｅの２Ｓには高輝度信号が加わるが、次に読
み出される２Ｆにも高輝度信号成分が含まれてしまう。
この２ＦはＦＰＮメモリライト信号としてＦＰＮメモリ
に書き込まれＦＰＮメモリリード信号Ｍとして読み出さ
れ、切り換えスイッチ出力Ｈから減算されて減算器出力
Ｎが発生する。その結果、減算器出力Ｎの第３フレーム
以後の２行信号には偽信号ｎＨが発生してしまう。これ
は２Ｆがリフレッシュされるまで続く。

【００２６】そこで本発明の目的は、高輝度被写体があ
っても高精度にＦＰＮを抑圧出来るようにした動画撮像
にも対応可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式を
提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式
は、マトリクス状に配列された単位光電変換素子への入
射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂
直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出
し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式におい
て、暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向で
の位置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特
定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリ
セットした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順
次変化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各
画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直
走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画
素の暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時
信号に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定
のレベルを越えていると判定された特定画素以外につい
て行ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時
信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理す
るように構成されている。

【００２８】前記メモリへの記憶及び記憶内容の更新
は、明時信号のみの読み出しを行う予め定めた複数の垂
直走査期間を挟んで間欠的に行うことができる。また、
前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す直前に読み出
した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホー
ルドレベルを越えた画素とし、または前記特定画素は、
固体撮像素子から読み出した暗時信号と前記外部メモリ
に記憶されている対応する暗時信号レベルとを比較して
その差が所定のレベルを越えた画素とすることができ
る。更に、前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画
素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのま
ま記憶することができる。また、前記所定のレベルを、
水平方向の画素に対して変化させることもでき、前記特
定行は単一の行とし、連続した複数の行とし、または間
隔をおいて複数の行とすることができる。

【００２９】このように構成した信号読み出し処理方式
においては、高輝度被写体により発生する暗時信号に含
まれる光生成電荷が所定のレベルを越えた画素以外につ
いては、外部メモリの暗時信号のデータは変化しないた
め、偽信号の発生なしに高精度に動画撮像に対応したＦ
ＰＮ抑圧が可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明することにより本発明を明らかにす
る。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す構成ブロ
ック図である。図９に示す従来例との対応部分について
は同一の符号を付してある。図９に対してレベル検出器
９、ＡＮＤ回路１０、高輝度判定用スレッシュホールド
電圧Ｖｒｅｆが供給されている入力端子Ｐが追加されて
いる。ここでは暗時信号で光生成電荷による信号成分が
所定のレベルを越えるかどうかを直前の明時信号から判
定している。直前の明時信号と暗時信号とは時間的相関
性が非常に強いため、明時信号に高輝度部があれば暗時
信号のその部分には高輝度部による光生成電荷が発生し
ていると考えられるからである。

【００３１】図１に示す実施の形態の動作を図２と図３
のタイミングチャートを用いて説明する。レベル検出器
９は１ＨＤＬ４の出力と高輝度判定用スレッシュホール
ド電圧Ｖｒｅｆを比較器９１で比較して、Ｖｒｅｆ電圧
よりも大きい場合、パルスを発生する。このパルスは、
インバータ９２で反転されて高輝度検出パルスＫが出力
される。高輝度検出パルスＫと、ＦＰＮメモリライト制
御パルスＪのＡＮＤ出力、すなわちＡＮＤ回路１０から
の複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬによりＦＰＮメモ
リ８を制御する。高輝度部による光生成電荷が所定のレ
ベルを越えた画素部は、複合ＦＰＮメモリライト制御信
号ＬがＬレベルになり、メモリへの再書き込み動作（デ
ータの更新）を行わず、ＦＰＮメモリのデータは変化し
ない。この結果、ＦＰＮメモリライト信号及びリード信
号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力
Ｎに偽信号は発生しない。

【００３２】次に、本発明の他の実施の形態としてレベ
ル検出の方法の異なる第２の実施の形態を図４を参照し
て説明する。図４において図１と同様の部分は同一の符
号を付して示し、それらの説明は省略する。本例では、
読み出した暗時信号とＦＰＮメモリの出力信号レベルを
比較して、暗時信号で光生成電荷による信号成分が所定
のレベル（Ｖｒｅｆ）を越えるかどうかを判定してい
る。暗時信号で光生成電荷の有る部分はＦＰＮメモリの
出力レベルより大きいからである。

【００３３】レベル検出器１１では、イメージャ出力Ｅ
の２ＦからＦＰＮメモリリード信号Ｍを減算器１１１で
減算して、その差と高輝度判定用スレッシュホールド電
圧Ｖｒｅｆを比較器１１２で比較する。比較の結果、上
記差がＶｒｅｆ電圧よりも大きい場合には、パルスを発
生する。このパルスは、インバータ１１３で反転されて
高輝度検出パルスＫが出力される。高輝度検出パルスＫ
とＦＰＮメモリライト制御パルスＪのＡＮＤ出力、すな
わち、複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬをＡＮＤ回路
１０から出力してＦＰＮメモリを制御する。高輝度部に
よる光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部は、複合
ＦＰＮメモリライト制御信号ＬがＬレベルになりメモリ
への再書き込み動作を行わず、ＦＰＮメモリのデータは
変化しない。その結果、ＦＰＮメモリライト信号及びリ
ード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算
器出力Ｎに偽信号は発生しない。

【００３４】以上の例では高輝度検出パルスＫを用いて
メモリ書き込み動作を停止して高輝度部による光生成電
荷が所定のレベルを越えた画素部のＦＰＮメモリのデー
タが変化することを防いでいる。これに対して、第３の
実施の形態を示す図５では、メモリ書き込み動作を停止
せず、高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越え
た画素部については、ＦＰＮメモリ８から読み出した信
号を再度ＦＰＮメモリに書き込むことにより、ＦＰＮメ
モリ８のデータの変化を防いでいる。図５においても、
図１及び図４と同様の部分については同一の符号を付し
てある。スイッチ回路１２の端子ａにはイメージャー出
力Ｅを供給し、スイッチ回路１２の端子ｂにはＦＰＮメ
モリリード信号Ｍを供給する。スイッチ回路１２は、レ
ベル検出器９の出力の高輝度検出パルスＫをスイッチ切
換制御電圧としてこのスイッチ切換制御電圧がＨレベル
の時にはａ側、Ｌレベルの時にはｂ側に入力された信号
を出力するように切り換え制御を行なう。高輝度部によ
る光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部では、高輝
度検出パルスＫはＬレベルになるため、ＦＰＮメモリ８
にはＦＰＮメモリリード信号Ｍが再度書き込まれてデー
タは変化しない。この結果、ＦＰＮメモリライト信号及
びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず
減算器出力Ｎに偽信号は発生しない。

【００３５】以上の説明において、リセット直後の暗時
信号読み出し期間においても、一水平走査時間光生成電
荷の蓄積動作を行うとしてきたが、実際には同一ライン
の中でも画素の位置によって蓄積期間は異なる。リセッ
ト直後に読み出される画素は、蓄積時間は０でラインの
最終画素の蓄積時間が一水平走査時間となる。すなわ
ち、高輝度部が画面のどの位置にあるかによって、暗時
信号読み出し期間に蓄積される光生成電荷は異なる。リ
セット直後に読み出される画素ではレベルが０で、ライ
ンの最終画素の蓄積光生成電荷が最大となる。第１の実
施の形態において、暗時信号読み出しの直前の明時信号
から高輝度部画素を判定していたが、前記理由により高
輝度判定用スレッシュホールド電圧Ｖｒｅｆを画面上の
位置に応じて変化させることが有効である。これを図６
に示す。Ｖｒｅｆ電圧Ｐを水平走査期間の最初で大きく
最後で小さくなるように変化させている。すなわち、水
平走査期間の終わりほど高輝度部のスレッシュホールド
電圧を小さくして高輝度検出パルスＫを出やすくしてい
る。この結果、蓄積時間の差を考慮した最適な高輝度検
出パルスＫの発生が可能となる。ちなみに、第２の実施
の形態では、直接暗時信号に含まれる光生成電荷レベル
を検出しているためＶｒｅｆ電圧Ｑは一定でも問題は無
い。

【００３６】また、以上の各実施の形態では、１フレー
ムに１行ずつ暗時信号を読み出す場合について説明を行
ったが、１フレームに数行ずつ連続して、あるいは間隔
をあけて暗時信号を読み出すようにしても構わない。例
えば、Ｎ行の受光部をもつ固体撮像素子で１フレームに
２行ずつ連続して読み出す場合は、次のように固体撮像
素子から信号が読み出される。第１フレームで１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓ、４Ｓ、５Ｓ……ＮＳ第２フレームで１Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、３Ｆ、４Ｓ、４Ｆ、５Ｓ……ＮＳまた、１フレームに２行ずつ２行の間隔をあけて読み出
す場合は、次のように信号が読み出される。第１フレームで１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、３Ｓ、４Ｓ、４Ｆ、５Ｓ……ＮＳ第２フレームで１Ｓ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓ、４Ｓ、５Ｓ、５Ｆ……ＮＳ

【００３７】以上の本願発明の請求項毎の構成・効果を
整理すると以下のようになる。

【００３８】（１）マトリクス状に配列された単位固体
撮像素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を
水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信
号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し
処理方式において、前記垂直方向の特定行を予め定めた
垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキ
ング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各
画素の暗時信号を読み出して得られる全有効行の各画素
の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査
期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の
暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時信号
に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定のレ
ベルを越えていると判定された特定画素については行わ
ず、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号
を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理する固
体撮像素子の信号読み出し処理方式。

【００３９】上記（１）の構成によれば、高輝度被写体
があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが取り込める。

【００４０】（２）前記メモリへの記憶及び記憶内容の
更新は、明時信号のみの読み出しを行う予め定めた複数
の垂直走査期間を挟んで間欠的に行う請求行１に記載の
固体撮像素子の信号読み出し処理方式。

【００４１】上記（２）の構成によれば、（１）と同様
に高輝度被写体があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが
取り込める。

【００４２】（３）前記特定画素は、前記暗時信号を読
み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所
定のスレッシュホールドレベルを越えた画素とすること
を特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の
信号読み出し処理方式。

【００４３】上記（３）の構成によれば、明時信号の高
輝度部を用いるので、レベル検出が容易となる。

【００４４】（４）前記特定画素は、固体撮像素子から
読み出した暗時信号と前記外部メモリに記憶されている
対応する暗時信号レベルとを比較してその差が所定のレ
ベルを越えた画素である請求項１または２に記載の固体
撮像素子の信号読み出し処理方式。

【００４５】上記（４）の構成によれば、検出に、直接
暗時信号を用いるので高精度なレベル検出が可能とな
る。

【００４６】（５）前記メモリの記憶内容の更新は、前
記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容
をそのまま記憶する処理である請求項１に記載の固体撮
像素子の信号読み出し処理方式。

【００４７】上記（５）の構成によれば、（１）と同様
に高輝度被写体があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが
取り込める。

【００４８】（６）前記所定のレベルを、水平方向の画
素に対して変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記
載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。

【００４９】上記（６）の構成によれば、（４）のレベ
ル検出がより正確に行える。

【００５０】（７）前記特定行は単一の行であることを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮
像素子の信号読み出し処理方式。

【００５１】上記（７）の構成によれば、動画撮像時の
連続性が良くなる。

【００５２】（８）前記特定行は連続した複数の行であ
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
の固体撮像素子の信号読み出し方式。

【００５３】上記（８）の構成によれば、ＦＰＮメモリ
のリフレッシュ周期が短くなり、温度変化等に対する応
答性が良くなる。

【００５４】（９）前記特定行は間隔をおいて複数の行
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。

【００５５】上記（９）の構成によれば、（８）と同様
にＦＰＮメモリのリフレッシュ周期が短くなり、温度変
化等に対する応答性が良くなる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の固
体撮像素子の信号読み出し処理方式によれば、高輝度被
写体がある場合でも偽信号の発生なしに高精度な動画撮
像にも対応可能なＦＰＮ抑圧が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理
方式の第１の実施形態を示す構成ブロック図である。

【図２】図１に示す構成の動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【図３】図１に示す構成の動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【図４】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理
方式の第２の実施形態を示す構成ブロック図である。

【図５】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理
方式の第３の実施形態を示す構成ブロック図である。

【図６】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理
方式の第４の実施形態を示す構成ブロック図である。

【図７】従来のＦＰＮ抑圧手段のブロック構成図であ
る。

【図８】図７に示す構成の動作を説明するための図であ
る。

【図９】従来のＦＰＮ抑圧手段の他の例を示すブロック
構成図である。

【図１０】従来のＦＰＮ抑圧手段の動作を説明するため
の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。

【図１１】従来のＦＰＮ抑圧手段の動作を説明するため
の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１，３１固体撮像素子２，３２増幅器３，３３Ａ／Ｄ変換器４１Ｈデレイライン５，３４切換スイッチ６，１１１，３６減算器７，３７Ｄ／Ａ変換器８，３５ＦＰＮメモリ９，１１レベル検出器１０ＡＮＤ回路１２スイッチ回路１０１受光部１０２垂直走査回路１０３水平走査回路１１２比較器１１３インバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配列された単位光電変換素
子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方
向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号とし
て読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方
式において、暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向での位
置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行
の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセッ
トした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順次変
化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各画素
の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査
期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の
暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時信号
に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定のレ
ベルを越えていると判定された特定画素以外について行
ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号
を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理するこ
とを特徴とする固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項２】前記メモリへの記憶及び記憶内容の更新
は、明時信号のみの読み出しを行う予め定めた複数の垂
直走査期間を挟んで間欠的に行う請求項１に記載の固体
撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項３】前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す
直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のス
レッシュホールドレベルを越えた画素とすることを特徴
とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の信号読
み出し処理方式。
【請求項４】前記特定画素は、固体撮像素子から読み出
した暗時信号と前記外部メモリに記憶されている対応す
る暗時信号レベルとを比較してその差が所定のレベルを
越えた画素である請求項１または２に記載の固体撮像素
子の信号読み出し処理方式。
【請求項５】前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定
画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をその
まま記憶する処理である請求項１に記載の固体撮像素子
の信号読み出し処理方式。
【請求項６】前記所定のレベルを、水平方向の画素に対
して変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の固
体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項７】前記特定行は単一の行であることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子
の信号読み出し処理方式。
【請求項８】前記特定行は連続した複数の行であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体
撮像素子の信号読み出し方式。
【請求項９】前記特定行は間隔をおいた複数の行である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
固体撮像素子の信号読み出し処理方式。